(57)【要約】    【課題】  従来インクジェット方式の記録装置では、インクの残量検知の方法として、例えば記録ヘッドと結合されたインクカートリッジ内部を２つに仕切り、記録ヘッド側の部分に吸収体を挿入し記録ヘッドのノズル側液室から残量測定の為のパルス信号を印加、インクのもつ静電容量を利用してメイン貯蔵部と吸収体挿入部に各々独立した電極板を追加して、これらの電極に発生する微分波形信号レベルの変化によりインク残量をより細かく認識しようとするものがある。  しかし、インクカートリッジ内吸収体部分の残量に対する検知のバラツキが大きいことや、インクカートリッジ〜記録ヘッド間の流路に気泡が導かれやすいこと等に起因し、インク無し検知付近の正確な残状態を捉え難い、結果、記録のかすれ、欠落の懸念がある。  【課題を解決するための手段】  インク供給針が貫通したインクカートリッジのインク供給口近傍にインク溜まり部を備え、インク無しと検知した時に気泡が記録ヘッドに導かれないようにした。  【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジにおいて、
インク有無検知するための電極と、インク供給口近傍にインク溜まり部を形成する壁を備え、
前記電極によってインク無しと検知されたとき、前記インク溜まり部にインク溜まりが形成されていることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２】
前記電極は、インクカートリッジが前記記録ヘッドと結合された時、前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給針と接することを特徴とする請求項1に記載のインクカートリッジ。
【請求項３】
前記インク溜まり部を複数有することを特徴とする請求項1及び2に記載のインクカートリッジ。
【請求項４】
前記インク供給針にインク有無を検知するための電気信号を印加することを特徴とする請求項1から3に記載のインクカートリッジ。
【請求項５】
記録ヘッドにインクを供給するインク供給口を有するインクカートリッジが取り付けられた時に前記インク供給口に貫通されるインク供給針を備えた記録装置において、
前記インク供給針が貫通した前記インク供給口近傍にインク溜まり部を備えたことを特徴とする記録装置。
【請求項６】
前記インク供給針を複数有することを特徴とする請求項5に記載の記録装置。
【請求項７】
前記インク供給針にインク有無を検知するための電気信号を印加することを特徴とする請求項5、及び6に記載の記録装置。
【請求項８】
前記複数のインク供給針の内１つはGND電位にされることを特徴とする請求項5から7に記載の記録装置。
【請求項９】
記録ヘッドと、記録ヘッドにインクを供給するインク供給口を有する取り外し自在のインクカートリッジと前記インクカートリッジが取り付けられた時に前記インク供給口に貫通される複数のインク供給針を備えた記録装置において、
前記複数のインク供給針が貫通した前記インク供給口近傍にインク溜まり部を備え、且つ前記複数のインク供給針間のインピーダンスを検知するインピーダンス検知手段と、前記インピーダンス検知手段により検知した結果が所定の値を超えたらインク無しと判定する判定手段とを備えたことを特徴とする記録装置。
【請求項１０】
前記インク供給針が前記インク供給口を貫通した時、接触する電極板を更に備えることを特徴とする請求項9に記載の記録装置。
【請求項１１】
前記インピーダンス検知手段は前記インク供給針に検知信号を印加することを特徴とする請求項9に記載の記録装置。
【請求項１２】
前記インク供給針に印加する信号は零バイアスの交流電圧であることを特徴とする請求項11に記載の記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録ヘッドからインクを吐出して画像を記録する為にインクを貯蔵するインクカートリッジ、及び記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来インクジェット方式の記録ヘッドとインクを供給するためのインクカートリッジを備えた記録装置では、インク無し状態の正確な識別が難しいためにインクカートリッジ〜記録ヘッドの間にサブタンクを備えて、サブタンク内部のインク残量が所定量を下回ると警報を出力してインクカートリッジの交換を促すようにしている。
この方法であればインク残量不足による画質の劣化、印字不良を避けられるが、インクの色毎にサブタンクが必要な為、装置のコンパクト化が難しい。
【０００３】
とりわけ高画質のカラー記録装置では例えばインク色を6色有しており構造的に大きくなり且つ、インク流路も複雑になる。
この問題を避ける為に種々の方法が発明されている。
【０００４】
例えば記録ヘッドと結合されたインクカートリッジ内部を２つに仕切り、記録ヘッド側の部分に吸収体を挿入し記録ヘッドのノズル側液室から残量測定の為のパルス信号を印加、インクのもつ静電容量を利用してインクカートリッジのメイン貯蔵部と吸収体挿入部に各々独立した電極板を追加して、これらの電極に発生する微分波形信号レベルの変化によりインク残量をより細かく認識しようとするものである。
（例えば特許文献1）
【０００５】
【特許文献１】特開2000-263810  （第7〜9頁、図3〜7）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の方法は装置のコンパクト化が図られ且つインク残量をかなり精密に認識できるようになったが、インクカートリッジ内の吸収体部分の残量に対する検知のバラツキが大きいことや、インクカートリッジ〜記録ヘッド間の流路に気泡が導かれやすいこと等に起因し、インク無し検知付近の正確な残状態を捉え難い、結果、記録のかすれ、欠落の懸念がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述懸念項目に対し対応すべく発明されたものであり、インクカートリッジと記録ヘッドが直接接続される構成を採用した場合に、インク無し検知時の画質の維持、記録動作の信頼性を向上させることを目的として、以下の各手段を実施した。
【０００８】
即ち本発明によるインクカートリッジは、
インク有無検知するための電極と、インク供給口近傍にインク溜まり部を形成する壁を備え、前記電極によってインク無しと検知されたとき、前記インク供給口近傍にインク溜まりが形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明による記録装置は、
記録ヘッドと、記録ヘッドにインクを供給するインク供給口を有するインクカートリッジと、前記インクカートリッジが取り付けられた時に前記インク供給口に貫通されるインク供給針を備え、前記インク供給針が貫通した前記インク供給口近傍にインク溜まり部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による記録装置は、
記録ヘッドと、記録ヘッドにインクを供給するインク供給口を有する取り外し自在のインクカートリッジと前記インクカートリッジが取り付けられた時に前記インク供給口に貫通される複数のインク供給針を備え、更に前記複数のインク供給針が貫通した前記インク供給口近傍にインク溜まり部を備え、且つ前記複数のインク供給針間のインピーダンスを検知するインピーダンス検知手段と、前記インピーダンス検知手段により検知した結果が所定の値を超えたらインク無しと判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インクカートリッジ内部のインク残量の大小に拘わらず、インクカートリッジから記録ヘッド側に気泡が混入しにくくなるので、記録ヘッドによる画質の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態に関して以下に図を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図1は、本発明の記録装置が適用されているインクジェットプリンタの全体的な構成を示す断面図である。
記録装置101は記録ヘッド104〜109を備えた画像形成部102と、画像形成部102にシートPを1枚ずつ分離して給送するシート給送装置103とを備えている。
矢印で示すシート搬送方向と直行する方向（幅方向）に、多数のインクジェットノズルを備えた記録ヘッド104〜109は搬送方向上流側から104：ブラック（K）、105：シアン（C）、106：淡シアン（LC）、107：マジェンタ（M）、108：淡マジェンタ（LM）、及び109：イエロー（Y）の各記録色を夫々担当し、シート給送装置103から送られ、搬送ベルト110により搬送されるシートPの搬送動作に同期して、ノズルからインクを選択的に吐出し、カラー記録する。
【００１４】
シート給送装置103は、シート積載トレイに積載されたシートPをピックアップする給紙ローラ118と、ピックアップされたシートPを1枚ずつ分離する分離ローラ119、分離されたシートPの斜行を補正する斜行補正ローラ120等を備えている。
記録終了したシートPは装置本体の側壁面に設けられた排紙トレイ123上に排紙される。
【００１５】
124は回復機構であり、記録装置待機中は記録ヘッド104〜109のノズル面をキャップする。
記録動作開始すると、回復機構124は水平方向（図の左右方向）に移動、記録ヘッド104〜109は垂直方向（図の上下方向）に移動し、記録位置に到達したら静止する。
記録ヘッド104〜109のノズル面を弾性体のワイパブレード125にてワイプ（拭き動作）する場合、記録ヘッド104〜109をキャッピング位置から僅かに上昇させた後、回復機構124を図の右方向に移動する。
【００１６】
インクカートリッジ131〜136は各記録ヘッドに対応した色のインクを供給するため、インク色毎に独立して備えられ、チューブ等により接続される。
記録ヘッドとインクカートリッジ、及びこれらの間に介在するチューブ、ポンプとの接続、動作について図2を用いて詳細に説明する。
【００１７】
先ず記録動作時を含み通常状態で加圧弁213は開放されており、且つポンプ202は停止状態である。
【００１８】
記録動作中、記録ヘッド203のノズルからインクが吐出されると、内部液室には負圧が発生するので、インクカートリッジ201〜ポンプ202〜記録ヘッド203、或いはインクカートリッジ201〜加圧弁213〜記録ヘッド203の2経路からインクが供給、リフィルされる。  
次に、主として経路上のインクチューブ内に発生する気泡を除去する目的で行なう循環動作について説明する。
インク循環動作時、加圧弁213はやはり開放された状態でポンプモータ209が駆動され、レシプロポンプ202のピストン208は往復運動を開始、ピストン208の下降時には一方向弁210が開きインクカートリッジ⇒シリンダ207にインクが吸引される。
【００１９】
次にピストン208が上昇するともう一方の一方向弁211が開き、シリンダ207⇒記録ヘッド203側にインクが押し出されるが、チューブ212〜記録ヘッド203の間には不図示のインクフィルタが挿入されており、流抵抗となるので、シリンダ207から押し出されたインクの殆どは開放されている加圧弁213を経由してインクカートリッジ201に戻される。ポンプモータ209を駆動中、以上のインク循環動作を継続する。
【００２０】
続いて加圧回復動作について説明する。インクジェット方式の記録ヘッドにとって画質を維持する為に重要な動作であり、インクが固着したノズルや液室内に成長した気泡を除去する為に、ノズルからインクを強制的に排出させて各ノズルを健全な状態に回復させる。
【００２１】
最初に加圧弁213を閉じ、次にポンプモータ209を駆動する。  するとインク循環動作時と同じくピストン208が下降すると、インクカートリッジ201⇒シリンダ207にインクが吸引、ピストン208の上昇でシリンダ⇒記録ヘッド203側にインクが押し出される。加圧弁213は閉じているので、押し出された全てのインクは記録ヘッド203内部の液室を加圧することになり結果、各ノズルから強制的にインクが排出され、その後前述のワイパブレード125にてノズル面がワイプされてノズルは健全化される。従ってこの動作は記録ヘッドの『回復動作』と呼ばれる。
【００２２】
尚、加圧回復動作で各ノズルから排出されたインクは、回復機構124のキャップ内に一時的に溜まるが、その後不図示の廃インクタンクに回収するか、もしくは再利用する為に不図示のリサイクルポンプによりインクカートリッジ131〜136に戻す。
【００２３】
次に本発明を実施したインクカートリッジと供給機構への接続部について図3により詳細に説明する。
インクカートリッジ201が記録装置101本体に差し込まれると、接続口304、305に針部材（インク供給針）302、303が貫通、結合され、針部材（インク供給針）302、303に開けられた穴308、309を経由してインクカートリッジ201から記録ヘッド側へのインク供給（又は循環）路が形成される。
針302、303との結合は弾性部材306、307を介しているのでインクカートリッジ201の挿抜時にも接続口304、305からインクは漏れない。
【００２４】
インクカートリッジ201内に設けられた壁310は上側の針部材302を覆うような形状になっており、該壁310の上部は針部材302よりも高い位置になるよう設計されている。
従って、記録（印字）動作によりインクが消費されても、インクカートリッジ201内に所定量のインクが残っている場合、針部材302の周りは常にインクが満たされており、インクカートリッジ201から流路に気泡は混入しない。
【００２５】
次にインク有無の検知方法について説明する。
導電性の針部材302、303間にハーネス311、312を介して、交流電圧を印加し、例えば図4-1の如く針部材401と402間に充分インクが満たされ低インピーダンスの状態ならばインク有りとする。
【００２６】
一方、図4-2のように壁403部分液面と全体の液面が分離し針部材401〜402間が高インピーダンスになると、インク無しと判定する。
該壁403に傾斜をつけた形状にすると、インクと壁403とのお互いを引き合う力(分子間力)を小さくすると、インクは分離しやすい。
【００２７】
本発明を具現化したインクカートリッジとインク有無の検知方法に関する詳細を更に図7、図8にて説明する。
【００２８】
図7-1ではインクカートリッジ201内部には充分な量のインク701が残っている。インクカートリッジ201が記録装置101本体に挿入された状態であるとインク供給針302、303は電極板708、709と夫々電気的に接続されるよう設計されている。
インク残量検知する場合、先ず発振回路702が起動し、交流電圧信号が出力される。交流電圧は例えば周波数：1[KHz]、電圧：10[Vp-p]（-5〜+5V）の正弦波である。
【００２９】
電極を直接記録用のインクに浸けて検知することから、インク自体の化学的変化を出来るだけ抑制するためにインク残量検知には零バイアスの交流電圧を使うことが望ましい。
発振回路702〜比較的高い抵抗値（例えば1MΩ）の抵抗705〜インク供給針303、電極板709〜低インピーダンスのインク701〜電極板708、インク供給針302〜発振回路702（GND）の経路で閉回路が形成されているので、交流電流が流れる。電極板708〜709間のインクのインピーダンスは抵抗705に比較し充分小さいのでオペアンプ703の（+）端子の入力電圧V1（706）は図7-2の如く零に近い。オペアンプ703の入力インピーダンスは充分高く測定回路に影響を与えない。更にオペアンプ703の出力は（+）端子の入力V1と同一波形である。
【００３０】
その後整流、平滑回路704により直流電位V2（707）が出力されるが、図7-2に示す通り、V2もやはりほぼ零である。
【００３１】
一方、図8-1ではインクカートリッジ201内部のインクがほぼ空になっているが、僅かにインク供給針302,303近傍に残っている。
この状態では電極板708〜709間にインクが欠落したので、ハイインピーダンスに変わっている。
従ってインク残量検知すると交流電流は流れず、オペアンプ703の（+）端子の入力電圧V1（706）は図8-2の如く発振回路702の出力とほぼ同一波形が得られる。
そして整流、平滑回路704により直流電位V2（707）にはほぼ+5[V]が出力される。
直流電位V2（707）は後述のA/Dコンバータに入力され、ディジタル変換後CPUにて読み込まれ、インク無しを判定する。
しかし、この状態であってもインク供給針302、303の近傍にはインク701が僅かながら残っており、気泡がチューブ206、207を介して記録ヘッドに導かれることはない。
【００３２】
尚、電極板708、709相互の対抗する面積は広いほうが好ましいが、インク無しと検知する時のインク残量が増える傾向になるので、インクカートリッジ201の構造により適正なサイズを選択する。
【００３３】
本発明を実施した記録装置101の電気的なブロック図を図9に示す。
ホストPC9００上で作成された記録画像（あるいは動作コマンド）は記録装置101のインタフェースコントローラ901で受信される。CPU902は、記録装置101全般の制御を司るもので、Flash ROM903に記憶され、後述するフローに対応するプログラムに基づき動作を実行する。
CPU902の制御（指示）によりメモリコントローラ906を介して取り込んだ画像が色分析等の処理され、各々の記録ヘッド104〜109に対応したビットマップデータがVRAM（Video-RAM）907に展開され、一時的に記憶される。
【００３４】
本実施例における記録装置101は画像情報、動作コマンドを例えばパラレル通信（IEEE1284）、USB（Universal Serial Bus）、10／100BASE-T（ネットワーク）のいずれかで受信し、インタフェースコントローラ901内不図示のサブCPUにて画像情報や動作コマンドの解析を行なった上で、VRAM907に展開される。
【００３５】
尚不図示のサブCPUを持たずにメインCPU902がホストPC900からの画像情報の受信や動作コマンドの解析全てを行なう方法でも良い。
その場合動作コマンドはメモリのRAM904に保存する。
各々の記録ヘッド104〜109に対応したビットマップデータの展開が終了し、記録開始を指示する動作コマンドを受信した時点でCPU902は記録処理を実行する。
【００３６】
尚記録装置101全般の制御は例えば書き換え可能なフラッシュROM903に書き込まれた（後述の図５に示すフローに対応する）制御プログラムをCPU902が実行することにより為される。
【００３７】
EEPROM905は、搭載された記録ヘッドのシリアル番号、記録ヘッド相互の記録位置（レジストレーション）ずれを補正するための微調整値等記録装置101固有の設定値或いは、各種モード等を書き込む不揮発性のメモリである。
【００３８】
記録動作は、入出力（I/O）ポート912、モータ駆動部913を介して記録ヘッド104〜109を上下方向に駆動するヘッドU/Dモータ914、及び待機中記録ヘッドのノズル部分を密閉キャップするキャッピング機構124を搬送方向前後に駆動するキャッピングモータ915を相互に駆動制御して記録ヘッド104〜109をキャッピング位置から記録位置に移動する。
【００３９】
次に駆動回路913〜搬送モータ916を駆動開始、不図示の給紙モータにより給紙部103から１枚毎に給紙される記録媒体Pの搬送動作を開始する。
そして、記録ヘッド104〜109の搬送方向上流部に備えた先端検知センサ908により記録媒体の先端位置が検知され、この位置を基準にして記録開始位置が各記録ヘッドのインク吐出ノズル列の下部に到達したら、VRAM907に記憶された各記録ヘッド104〜109の画像（記録）データの読み出しが開始され、メモリコントローラ906〜記録ヘッド制御回路920を介して記録ヘッド104〜109にデータ転送され、カラー記録される。
【００４０】
又、既に説明した通り、記録ヘッド104〜109のノズルを健全化する回復動作時は入出力ポート912、駆動部913を介してポンプモータ209を駆動し、レシプロポンプ202を駆動する。
【００４１】
同じく説明済みの本発明による特徴的なインクカートリッジ131〜136内部のインク残量センサ909K〜909Y（図７の電極板708、709および針206,207に対応する）によってインクの有無を検知する場合、発振回路702を起動、信号変換回路910（図７のオペアンプ703、平滑回路704に対応する）、ADC（ADコンバータ）911（図７の平滑回路704の出力先に対応する）を介して各残量センサ出力を読み取る。
【００４２】
信号変換回路910はオペアンプ703、整流・平滑回路704の他、インク残量を1色ずつ検知するためのマルチプレクサ等から構成される。
オペレーションパネル122にはインク無しと検知された時等の警報表示する表示器や、記録の強制停止、再開等の操作キーが備えられる。
【００４３】
上述の構成よりなる実施例の動作についてフローを参照して説明する。
【００４４】
本発明のインク有無検知に関するCPU902の動作フローを図5に示す。
記録装置101にホストコンピュータ（ホストPC）900から記録開始指令が受信されると（S501）、CPU902はインク有無検知するための発振回路702をONする（S502）。
そしてインクカートリッジの状態をチェックし、インク有りを検知したら（S503-Yes）、最初のページを記録（S504）、次に所定枚数が終了したかをチェックし、終了していなければ（S505-No）、S503に戻り次のページの印刷に備える。
【００４５】
所定枚数が終了したら、インク検知信号用発振回路をOFFして（S506）、終了する。
【００４６】
S503にて、もしもインク無しと検知されたなら（S503-No）、インク検知信号用発振回路をOFF（S507）して記録装置101のオペレーションパネル107上に警報出力し（S508）、オペレータによるインクカートリッジ交換を促す。  この警報はホストPC900にも出力される。
【実施例２】
【００４７】
本発明第2実施例の詳細を図6に示す。
インクを貯蔵するインクカートリッジ201内部には実施例1と同様の針部材602があり、弾性部材603を貫通して記録ヘッドへのインク流路を形成する。
インクカートリッジ201下部には導電性の金属部材605がインサートされ、本体側のバネ性電極604と接触する。
【００４８】
本実施例ではインクカートリッジ201内部の壁606によりインク液面が下がっても針部材602近傍はインクが満たされている。インクが空に近づき壁606左側の液面が壁606上部より徐々に下回ると針部材602〜金属部材605間のインピーダンスは急激に大きくなるので実施例1と同様な検知回路、検知方法でインク無しを検知できる。
【００４９】
本実施例の場合も実施例１と同様、インク無し検知時点で針部材602〜記録ヘッド側に気泡は導かれない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は例え記録動作途中であってもインク無し〜カートリッジ交換に際し、記録動作、画質信頼性を維持できるインクカートリッジ、及び記録装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を実施した記録装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明によるインク供給・回復系の流路を示す図である。
【図３】本発明を実施したインクカートリッジの概略を示す断面図である。
【図４】インクカートリッジのインク有無の状態を示す図である。
【図５】インク残量検知に関するCPUの動作フロー図である。
【図６】第2実施例によるインクカートリッジの断面模式図である。
【図７】インク有りの状態で、残量検知回路の動作を説明する図である。
【図８】インクがない場合の残量検知回路の動作を説明する図である。
【図９】本発明を実施した記録装置の電気的なブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
101  記録装置
102  画像形成部
103  シート給送装置
104  記録ヘッドY（イエロー）
105  記録ヘッドLM（淡マジェンタ）
106  記録ヘッドLC（淡シアン）
107  記録ヘッドM（マジェンタ）
108  記録ヘッドC（シアン）
109  記録ヘッドK（ブラック）
124  キャッピング機構
201  インクカートリッジ
202  レシプロポンプ
203  記録ヘッド
204  インク供給針
205  インク供給針
208  ピストン
209  ポンプモータ
213  加圧弁
302  針部材
303  針部材
310  壁
701  インク
702  発振回路
708  電極板
709  電極板
900  ホストコンピュータ（ホストPC）
902  CPU（中央演算処理装置）
910  信号変換回路
911  ADC（ADコンバータ）
【図１】
2005035187.tif 000003
【図２】
2005035187.tif 000004
【図３】
2005035187.tif 000005
【図４】
2005035187.tif 000006
【図５】
2005035187.tif 000007
【図６】
2005035187.tif 000008
【図７】
2005035187.tif 000009
【図８】
2005035187.tif 000010
【図９】
2005035187.tif 000011